FI118165B - Mikro-optiseen hilarakenteeseen perustuva visuaalinen efekti - Google Patents

Description

/V, 118165 MIKRO-OPTISEEN HILARAKENTEESEEN PERUSTUVA VISUAA- i

LINEN EFEKTI

i ; »L

Keksinnön kohteena on substraatille muodostettu mikro-optinen 5 hilarakenne. Keksintö kohdistuu myös menetelmään em. kaltaisen mikro-optisen hilarakenteen toteuttamiseksi. Keksintö kohdistuu lisäksi yhden tai useamman em. kaltaisen mikro-optisen hilarakenteen sisältävään tuotteeseen.

10 Keksinnön taustaa : •f,

Hologrammeja ja vastaavia valon interferenssiin perustuvia visuaalisia diffraktiivisia efektejä käytetään nykyisin varsin laajasti monissa erilaisissa tarkoituksissa. Tyypillisiä hologrammien käyttötarkoituksia 15 ovat esimerkiksi väärennösten estäminen (esim. henkilöllisyys-todistukset, maksuvälineet, äänitteet, ohjelmistotuotteet), tuotteen houkuttelevuuden parantaminen voimakkaasti kilpailluilla markkinoilla ' sekä tuotteen erityisen korkean laadun, "high tech"- tai edelläkävijäluonteen korostaminen.

20 Näihin tarkoituksiin soveltuvien hologrammien valmistustekniikoita • · * Γ tunnetaan useampia erilaisia. ΐ * · · • · • · · • ·« .·. j Perinteiset hologrammien valmistustekniikat perustuvat erilaisten f • · * I ! 25 valotusmenetelmien käyttöön. Näissä menetelmissä hologrammissa *:./ tarvittava diffraktiivinen tilavuushila siirretään valoherkälle substraatille *···* valottamalla ja ilman substraatin mekaanista muokkausta.

Tarkoitukseen soveltuvia valoherkkiä substraattimateriaaleja ovat • · V·; esimerkiksi valoherkät polymeerit (engl. photopolymers), dikromaattiset O 30 gelatiinit (engl. dichromate gelatins) sekä hopea halidit (engl. silver .·*.: halides). Näin valmistettu hologrammi voidaan edelleen siirtää .’...I haluttuun kohteeseen kiinnittämällä hologrammin sisältävä substraatti • ♦ . kohteen, esimerkiksi tuotepakkauksen pinnalle.

··-• * .

• ·«

35 Hologrammeja voidaan valmistaa myös ns. embossausta käyttäen. I

Embossaukseen perustuvissa tekniikoissa painovälineeseen ^ ;'r ··’'$ 118165 . ' ' j: ’«Si

' - :-V

2 .'"*i pintakuvioksi kopioitu hologrammikuvio siirretään mekaanisesti painamalla pintahilaksi substraattiin. Substraattina tässä tapauksessa toimii tyypillisesti metallinen tai metalloitu kalvo, esimerkiksi aluminoitu/alumiininen kalvo. Metallisen/metalloidun kalvon tärkeänä 5 tehtävänä näissä sovelluksissa on substraattina toimimisen ohella parantaa valon heijastumista hologrammista ja siten edesauttaa visuaalisen efektin havaittavuutta. Tyypillisesti myös embossaamalla :.? valmistetut hologrammit valmistetaan erikseen sopivalle substraatille, * esimerkiksi aluminoidulle kalvolle, ja siirretään vasta tämän jälkeen -f 10 lopulliseen kohteeseen kiinnittämällä mainittu hologrammin sisältävä substraatti kohteen pinnalle.

• -'i'

Varsin monissa hologrammien tai vastaavien visuaalisten diffraktiivisten efektien käyttösovelluksissa olisi erittäin toivottavaa, että 15 niiden avulla aikaansaatava visuaalinen efekti olisi sekä helposti havaittava, mutta samalla kertaa myös ainakin jossain määrin "läpinäkyvä". Tämä mahdollistaisi esimerkiksi henkilöllisyys- - todistuksessa efektin alla olevan tekstin ja kuvien tarkastelun, tai efektiä erilaisissa tuotepakkauksissa käytettäessä itse tuotteen 20 tarkastelun efektin lävitse.

• · • · · V.

· · : .·. Tarkasteltaessa visuaalisen efektin läpinäkyvyyttä edellä mainitussa : tarkoituksessa, tulee toisistaan käsitteinä erottaa hologrammia .·. | kantavan substraatin läpinäkyvyys (esimerkiksi läpinäkymätön I 25 metallikalvo versus läpinäkyvä substraatti), sekä ko. substraatilla *:./ tilavuus- tai pintahilana olevan hologrammin tuottaman visuaalisen » · ’···' efektin itsensä "läpinäkyvyys". Jälkimmäisellä läpinäkyvyydellä j tarkoitetaan siis sitä, miten häiritsevästi hologrammin tuottama \*·: visuaalinen efekti "peittää" omalla kirkkaudellaan substraatilla tai 30 substraatin takana olevan merkinnän tai hahmon. Seuraavassa nämä .·*.: kaksi käsitettä erotetaan toisistaan viittaamalla ensiksi mainittuun • · · substraattimateriaalin läpinäkyvyytenä ja jälkimmäiseen substraatille . toteutetun visuaalisen efektin läpinäkyvyytenä.

* * • ♦ • «· ♦ 35 Patentissa US 5,142,384 esitetään eräs ratkaisu, joka jossain määrin pyrkii tyydyttämään edellä esitettyjä tarpeita sekä substraattimateriaalin 118165 3 ?! ? ii että myös sille toteutetun visuaalisen efektin läpinäkyvyyden osalta,

Ko. julkaisun opetusten mukaisesti ns. Lippman-Bragg-tyyppinen : tilavuushilan käyttöön perustuva heijastushologrammi voidaan valmistaa valotustekniikkaa (valoherkkänä aineena hopea halidi) 5 käyttäen läpinäkyvälle kalvolle, joka kalvo voidaan sijoittaa edelleen ikkunaksi tuotepakkaukseen. Lippman-Bragg-hologrammille on julkaisun mukaan ominaista se, että se on kirkkaasti havaittavissa f ainoastaan ± 20° katselukulmassa suhteessa hologrammille suunniteltuun katselusuuntaan, joka katselusuunta on tyypillisesti 10 kohtisuoraan substraatin pintaa kohti. Mainitun katselukulman | ulkopuolella hologrammi ei ole selkeästi nähtävissä, jolloin vastaavasti ’ hologrammin alla oleva teksti tai tuote on paremmin havaittavissa. r

Kuluttajalle tarkoitetun ja Lippman-Bragg-hologrammilla varustetun * tuotepakkauksen ollessa sijoitettuna esimerkiksi kaupassa hyllyyn, 15 välähtää hologrammi tietyssä katselukulmassa esiin herättäen kuluttajan mielenkiinnon.

Patentissa US 5,128,779 on esitetty ratkaisu, jossa heijastus- hologrammin osittainen läpinäkyvyys perustuu siihen, että 20 hologrammin substraattina käytettävä ainakin jossain määrin :Y; läpinäkyvä materiaali on vain paikoitellen peitetty heijastavalla kalvolla.

Niistä kohdin, joista heijastava kalvo puuttuu mainittu substraatti on : ainakin jossain määrin läpinäkyvä. Itse efektin läpinäkyvyys ei käy : julkaisusta ilmi.

• · · : : 25 » · · *:./ Patentissa US 5,585,144 on esitetty heijastushologrammi, jossa * * *·*·* embossaamalla valmistetun hologrammin mikro-optiseen pintaan on yhdistetty painovärillä tuotettuja merkkejä tai kuvia. Rakenne käsittää Y·: lisäksi heijastavan kalvon, jonka päällä sekä hologrammiefekti että • · · 30 painovärillä tuotetut merkit/kuvat ovat nähtävissä. Rakenne ei .·!: kuitenkaan heijastavan kalvon käytöstä johtuen ole kokonai- suudessaan läpinäkyvä, eikä siten sovellu esimerkiksi • * tuotepakkauksen ikkunassa käytettäväksi.

• · « «* * V·: 35 Kaikki edellä selostetut tekniikan tason mukaiset ratkaisut, joilla voidaan aikaan saada jollain tavoin läpinäkyviä holograafisia efektejä h

,, VI

4 113165 ?ι voidaan kuitenkin katsoa epätyydyttäviksi erityisesti sellaisissa sovelluksissa, joissa holograafisia efektejä halutaan tuottaa f' massatuotantona esimerkiksi erilaisiin pakkausmateriaaleihin tai painotuotteisiin. Tekniikan tason ratkaisuihin liittyy myös merkittäviä 5 rajoituksia sen suhteen, että visuaaliset efektit saadaan toteutettua halutun värisinä näkymään haluttuun suuntaan. Jälkimmäinen seikka on merkittävä mm. haluttaessa toistaa hologrammeissa erilaisten 1 logojen tai tuotemerkkien värejä alkuperäisen kaltaisina.

10 Erilaiset valotustekniikkaan ja sen avulla substraatille muodostettaviin tilavuushiloihin perustuvat ratkaisut (esimerkiksi US 5,142,384) eivät sovellu hyvin massatuotantoon, ja niissä valmistustavasta johtuen .

substraatille ja sen materiaaleille joudutaan asettamaan huomattavia erityisvaatimuksia (valoherkät kemialliset yhdisteet). Näissä 15 ratkaisuissa ei välttämättä myöskään itse substraatin osalta saavuteta 1 kovin hyvää läpinäkyvyyttä, koska tilavuushilat vaativat substraatilta aina tietyn vähimmäispaksuuden sen lisäksi, että substraattina tulee käyttää tarkoitukseen soveltuvaa valoherkkää materiaalia. Patentissa US 5,142,384 esitetyllä tilavuuushilaan perustuvalla Lippman-Bragg-20 hologrammilla on myös merkittäviä katselukulmaan liittyviä rajoituksia, :V: jotka estävät visuaalisen efektin toteutuksen näkyväksi juuri tiettyyn > ; ;1; haluttuun suuntaan. Lisäksi Lippman-Bragg-hologrammien kirkkaus jää tyypillisesti melko vaatimattomaksi.

* · • · • · · * · · I I 25 Embossaamalla valmistettavissa tunnetun tekniikan mukaisissa • tl *:./ hologrammeissa hologrammien näkyvyyttä joudutaan käytännössä • · - 11 *···' tyypillisesti parantamaan substraattiin tai sen yhteyteen järjestetyn valoa heijastavan kerroksen avulla, mikä tietenkin rajoittaa • · "Ί1 efektien/substraatin läpinäkyvyyttä ja kaventaa merkittävästi 30 substraateiksi soveltuvien materiaalien valikoimaa. Ilman heijastavien .1! : kerrosten käyttöä tunnetun tekniikan mukaiset pintahiloihin perustuvat ratkaisut tuottavat kirkkaudeltaan hyvin vaatimattomia efektejä.

• · * · • · .1 « ♦· · ·«·.

• · · * 1 118165 :5 5

Keksinnön ia sen tärkeimpien etujen Ivhvt kuvaus :

Nyt käsillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää uudentyyppinen ratkaisu hologrammin tai sen kaltaisen valon diffraktioon perustuvan 5 visuaalisen efektin tuottamiseksi. Keksinnön erityisenä tarkoituksena on esittää ratkaisu, joka soveltuu olennaisesti läpinäkyvien, mutta samalla tietyissä olosuhteissa erittäin kirkkaiden ja siten hyvin havaittavien visuaalisten efektien tuottamiseen substraatille, joka

f> I

substraatti myös itsessään on edullisesti läpinäkyvää. Keksinnön avulla I

10 läpinäkyviä visuaalisia efektejä voidaan toteuttaa myös ei-läpinäkyville ί • :¾ substraateille. Keksinnön mukainen ratkaisu ei välttämättä edellytä erityisten heijastavien metallikerrosten tai vastaavien käyttöä * substraatilla efektin havaittavuuden parantamiseksi.

15 Keksintö ratkaisee käytännössä sen ongelman, joka tekniikan tason mukaisissa hologrammeissa ilmenee tietynlaisena ristiriitana hologrammin hyvän havaittavuuden (kirkkaus) ja hologrammin tuottaman visuaalisen efektin läpinäkyvyyden välillä.

20 Keksinnön avulla voidaan sen edullisessa suoritusmuodossa tuottaa :Y: esimerkiksi kirkkaalle, olennaisesti täysin läpinäkyvälle muovikalvolle • · visuaalinen diffraktiivinen efekti, joka on havaittavissa vain tiettyyn f suuntaan, muovikalvon ja sen kantaman efektin ollessa muista • · ♦ ... j suunnista tarkasteltuna molempien olennaisesti läpinäkyviä. Tällaista i 25 muovikalvoa voidaan käyttää esimerkiksi pakkausmateriaalina, jonka lävitse siihen pakattua tuotetta voidaan tarkastella.

• · • · * · ·

Keksinnön avulla voidaan toisaalta tuottaa sinänsä läpinäkymättömälle ’ • * paperille tai kartongille läpinäkyvä visuaalinen diffraktiivinen efekti, joka 30 sallii ko. materiaalille painetun tekstin tai kuvioiden havaitsemisen .*] : tietyistä suunnista visuaalisen efektin häiritsemättä. Substraatit voivat * * * .

] olla itsessään myös eri tavoin valoa suodattavia ja/tai heijastavia, eli käytännössä värillisiä materiaaleja.

• » • · • ·· 35 Keksinnön avulla voidaan visuaalinen diffraktiivinen efekti toteuttaa • · näkymään halutun värisenä haluttuun suuntaan. Tämä on erittäin 6 118165 i ' :i'i tärkeää esimerkiksi silloin kun efektissä halutaan toistaa tiettyjä tuote-tai tunnusvärejä.

Näiden tarkoitusten toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle visuaalisen 5 diffraktiivisen efektin tuottavalle mikro-optiselle hilarakenteelle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle visuaalisen diffraktiivisen efektin 10 tuottavan mikro-optisen hilarakenteen toteuttamiseksi on taas pääasiassa tunnusomaista se, mikä on on esitetty oheisen itsenäisen patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa. -·*

Keksinnön mukaisen mikro-optisen hilarakenteen sisältävälle tuotteelle 15 on taas pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen itsenäisen patenttivaatimuksen 15 tunnusmerkkiosassa.

Muissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

20 :V·* Nyt käsillä oleva keksintö perustuu keskeisesti siihen, että substraatille :muodostetaan mikro-optinen diffraktiivinen hilarakenne, sopivimmin :*·.· pintahilarakenne, joka on järjestetty keskittämään heijastamansa • * : visuaalinen efekti (hologrammi) vain hyvin rajoitettuun määrään eri .·. · 25 diffraktiokertalukuja. Eräs keskeinen tekijä diffraktiokertalukujen • · · määrän vähentämisessä on hilaperiodin arvon valinta riittävän pieneksi.

·· » : |* Sopivimmin visuaalinen efekti heijastetaan olennaisesti ainoastaan 30 yhteen, tai korkeintaan muutamaan diffraktiokertalukuun, jotka diffraktiokertaluvut vastaavat nyt visuaalisen efektin eri havaitsemis- • · ;···; suuntia. Jäljempänä tässä hakemuksessa termillä havaitsemissuunta ’·* tarkoitetaan sellaista katselusuuntaa, josta käsin tarkasteltuna keksinnön mukainen visuaalinen efekti on havaittavissa.

35 Havaitsemissuunnan ulkopuolelta, tai havaitsemissuuntien välisessä 7 r 118165 f kulma-alueesta käsin tarkasteltuna keksinnön mukainen visuaalinen efekti on olennaisesti "läpinäkyvä".

Koska tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa havaitsemissuuntia on * 5 keksintöön nähden huomattavasti suurempi määrä (esimerkiksi >10 ·. *, | kpl), ei näiden havaitsemissuuntien väliin jää sellaisia kulma-alueita, joissa efekti olisi tässä hakemuksessa tarkoitetulla tavalla läpinäkyvä. '

Nyt käsillä olevan keksinnön perusajatuksena voidaankin siten pitää sitä, että keksinnössä ensinnäkin rajoitetaan havaitsemissuuntien 10 lukumäärää, ja toiseksi useamman kuin yhden havaitsemissuunnan tapauksessa toteutetaan ne siten, että vierekkäisten havaitsemissuuntien väliin jää riittävän suuri vapaa kulma-alue, jossa efekti on läpinäkyvä. Lisäksi keksintö antaa mahdollisuuden vaikuttaa ' eri havaitsemissuuntien suhteellisiin kirkkauksiin, jotka kirkkaudet 15 määräytyvät eri havaitsemissuuntia vastaavien diffraktiokertalukujen diffraktiohyötysuhteista.

Koska hilarakenteen heijastama valo on nyt keskitetty ainoastaan muutamaan havaitsemissuuntaan heijastuvaksi, on visuaalinen efekti 20 havaittavissa näissä suunnissa kirkkaana. Muissa kuin em.

• · v.: havaitsemissuunnissa keksinnön mukainen hilarakenne ei tuota merkittävää diffraktiivista efektiä eli ei heijasta diffraktiivisesti valoa, V·: jolloin tyypillisesti substraatin pinta vähäistä diffuusia heijastusta lukuunottamatta näyttää katsojasta tällöin oleellisesti samankaltaiselta ? :*·.· 25 kuin kokonaan ilman mainittua hilarakennetta oleva pinta. Siten näissä • * ····. muissa katselusuunnissa diffraktiivinen efekti itsessään on olennaisesti läpinäkyvä sallien esimerkiksi substraatilla olevan painatuksen tai v .... muiden merkintöjen havaitsemisen efektin häiritsemättä.

* Ψ9 • 9 • · · * ♦ 30 Substraattimateriaalin ollessa läpinäkyvää keksintö mahdollistaa ·]*·· havaitsemissuunnista poikkeavissa muissa katselusuunnissa hyvän ·:··: näkyvyyden substraatin lävitse sen takana olevaan kohteeseen.

* » · *.* Keskitettäessä valon heijastuminen ainoastaan yhteen tai muutamaan • · ♦ ** 35 kapeaan kulma-alueeseen eli havaitsemissuuntaan, havaitaan efekti näissä suunnissa kirkkaana. Näin ollen keksinnön mukaisessa V* • 118165 8 ratkaisuissa substraattina voidaan käyttää myös läpinäkyvää materiaalia, joka itsessään ei olennaisesti heijasta valoa. Tunnetun tekniikan mukaisissa hologrammeissa hilarakenteesta heijastuva valo jakaantuu useammille kertaluvuille, mikä heikentää yksittäisten i 5 kertalukujen kirkkautta. Tästä johtuen tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa substraatin heijastavuutta joudutaankin yleensä ,4, parantamaan esimerkiksi alumiinikalvoja käyttämällä. Tämä luonnollisesti poistaa mahdollisuuden toteuttaa kokonaisuudessaan läpinäkyviä rakenteita. ; 10

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa hilarakenteen ominaisuudet järjestetään sellaisiksi, että hilarakenteesta diffraktoitunut valo · keskitetään -1 diffraktiokertalukuun, johon on mahdollista saada aikaan hyvä diffraktiohyötysuhde.

15

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa hilarakenne muodostetaan substraatille pintahilarakenteena ja valmistus tapahtuu sopivimmin embossaamalla. Keksintö ei kuitenkaan ole rajoittunut ainoastaan puhtaisiin pintahilarakenteisiin, vaan keksinnön mukainen hilarakenne 20 voi olla esimerkiksi sopivalla suojakerroksella, kuten esimerkiksi v.: lakkakerroksella suojattu rakenne. Keksinnön mukainen hilarakenne on :..v mahdollista toteuttaa myös erilaisina osittain tai kokonaan haudattuina hilarakenteina, jotka voidaan valmistaa esimerkiksi laminoimalla.

• · • · · • · · · .

• · 25 Keksinnön mukaisen hilarakenteen substraattina käytetään sopivimmin olennaisesti läpinäkyvää, kirkasta muovimäistä materiaalia. Tällöin keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan sekä substraatin että . visuaalisen efektin osalta olennaisesti läpinäkyvä kalvo, jota voidaan f käyttää esimerkiksi pakkausmateriaalina. Muissa kuin • · *·;·’ 30 havaitsemissuunnan mukaisissa katselusuunnissa tällainen pakkaus- materiaali, esimerkiksi muovikalvo, on tällöin läpinäkyvä mahdollistaen ·:·*: sen sisäänpakatun tuotteen tarkastelun kalvon lävitse. Kalvolla olevat ./ hologrammit välähtävät niille ominaisissa havaitsemissuunnissa kuitenkin kirkkaina näkyviin herättäen siten esimerkiksi kuluttajan * · · *· 35 mielenkiinnon.

9 "t 118165

Substraattimateriaalina voidaan käyttää esimerkiksi myös paperia tai - kartonkia, jolloin keksinnön mukaisia efektejä voidaan toteuttaa erilaisiin painotuotteisiin. Substraatiksi soveltuvat edelleen myös erilaiset metalliset tai metalloidut kalvot, jotka valoa heijastavina 5 tehostavat edelleen holograafista efektiä. ;

Keksinnön mukaisia diffraktiivisia hilarakenteita käyttäen substraatille voidaan muodostaa yksi tai useampia visuaalisen efektin tuottavia kuvioalueita, jotka kuvioalueet voivat peittää substraatin alan joko 10 osittain tai kokonaan. Yksittäinen kuvioalue voi edustaa esimerkiksi ^

kuvaa, kirjainta, merkkiä, taustakuviointia tai muuta visuaalista efektiä. I

Useita kuvioalueita käyttäen voidaan siten toteuttaa esimerkiksi f tekstejä tai kuvia.

15 Yksittäistä kuvioalueita voidaan käyttää peittämään myös yksinään olennaisesti koko substraatin käytettävissä oleva pinta-ala. v

Eri kuvioalueet voidaan toteuttaa siten, että niillä kaikilla on sama havaitsemissuunta, tai myös siten, että eri kuvioalueilla on keskenään ; 20 erilaisia havaitsemissuuntia. Kuvioalueet on mahdollista toteuttaa myös ; v.·* siten, että ne ovat havaittavissa eri puolilta kalvo- tai tasomaista :..v substraattia.

• « • · · • · · « ·

Yksittäinen kuvioalue toteutetaan siten, että kuvioalueelle ominaiseen * * » 25 havaitsemissuuntaan heijastetaan valittu "suunnitteluaallonpituus", eli • · .···. efekti havaitaan mainittuun havaitsemissuuntaan halutun värisenä.

• · Tätä havaitsemissuuntaa ympäröivässä kapeassa kulma-alueessa . . nähdään katselukulman muuttuessa efekti mainitun suunnittelu- • · · aallonpituuden ympärille muodostuvana spektrinä.

30 *

Kahdella kuvioalueella voi olla keskenään sama havaitsemissuunta, ·:··· mutta tuosta havaitsemissuunnasta käsin tarkasteltuna mainitut 1 kuvioalueet havaitaan keskenään eri värisinä, eli niille voi olla valittu • · " keskenään erilaiset suunnitteluaallonpituudet.

♦ · · > ·· ·: 35 . 4 118165 3 ;· .»4 . #\ 10 . y ' Jjl

Keksinnön mukainen kuvioalue tai -alueita voidaan tuottaa ΐ substraatille, joka siirretään lopulliseen kohteeseen kiinnittämällä mainittu visuaalisen efektin/efektejä sisältävä substraatti lopullisen kohteen pinnalle esimerkiksi tarrana. Sopivimmin keksinnön mukainen 5 kuvioalue tai kuvioalueet tuotetaan kuitenkin suoraan lopulliseen kohteeseen, esimerkiksi pakkausmateriaalina toimivaan muovikalvoon tai painotuotteen paperille. Massatuotannossa tämä suoritetaan y sopivimmin embossaustekniikkaa käyttäen. ύ .*1 ·$Ί ··.·#· 10 Piirustusten Ivhvt kuvaus

Keksintö ja sen keskeiset ominaisuudet sekä keksinnön avulla / saavutettavat edut käyvät alan ammattimiehelle paremmin ilmi $ seuraavasta kuvauksesta, jossa keksintöä selostetaan tarkemmin 15 muutamien valikoitujen esimerkkien avulla viittaamalla samalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää periaatteellisesti keksinnön mukaisen pintahilan tärkeimpien hilaparametrien määritelmiä sekä erästä 20 ensimmäistä säteenjakautumisvaihtoehtoa, jossa esiintyy \ ·*.*·* kaksi varsinaista diffraktoitunutta kertalukua, • · · • · · ··· *'·£ kuva 2 esittää periaatteellisesti kuvan 1 tapaan erästä toista * # säteenjakaantumisvaihtoehtoa, jossa esiintyy neljä .*. : 25 varsinaista diffraktoitunutta kertalukua, • · · • · • ♦· • ♦ ***** kuva 3 esittää periaatteellisesti kuvan 1 tapaan erästä kolmatta . . säteenjakaantumisvaihtoehtoa, jossa keksinnön edullisen * · t suoritusmuodon mukaisesti esiintyy ainoastaan yksi 30 varsinainen diffraktoitunut kertaluku, * • a * a · * *· • * kuva 4 esittää esimerkinomaisesti substraatille muodostettuja ..· kuvioalueita, niiden havaitsemissuuntia sekä suunnittelu- • a \ " aallonpituuksia, • · a '· 35 118165 ; 11 " *ϊ kuva 5 esittää esimerkinomaisesti substraatille muodostettuja kuvioalueita tilanteessa, jossa kuvioalueiden havaitsemis- - suunnat on suunniteltu toisistaan poikkeaviksi, 5 kuva 6 esittää erästä vaihtoehtoista olennaisesti kolmiomuotoista hilaprofiilia, kuva 7 esittää erästä vaihtoehtoista olennaisesti sinimuotoista hilaprofiilia, - io -' kuva 8 esittää erästä vaihtoehtoista blazed-tyyppistä hilaprofiilia, kuva 9 havainnollistaa erästä tapaa keksinnön mukaisen visuaalisen efektin sisältävien tuotteiden esille asettelemiseksi, ja 15 kuva 10 havainnollistaa erästä keksinnön mukaisen visuaalisen efektin sisältävää tuotepakkausta.

Keksinnön yksityiskohtaisempi kuvaus 20 * · v.: Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin käyttämällä ·*.·*: esimerkkinä lähinnä erilaisiin pintahilarakenteiseen perustuvia suoritusmuotoja.

• · • · · • ·· ...

• · 25 Aluksi käydään läpi niitä keksinnön mukaisen diffraktiivisen .’··.* hilarakenteen ominaisuuksia, joiden avulla aikaansaadaan • · hilarakenteen tuottaman visuaalisen efektin "läpinäkyvyys" m. . ' keskittämällä valon heijastus muutamaan, sopivimmin olennaisesti ? ainoastaan yhteen diffraktiokertalukuun/havaitsemissuuntaan. Lisäksi *···* 30 esitetään se, miten eri havaitsemissuuntien suhteellisiin kirkkauksiin * voidaan vaikuttaa diffraktiokertalukujen hyötysuhteeseen vaikuttamalla. f • · $ • « • · Tämän jälkeen tarkastellaan keksinnön avulla aikaansaatavien kuvioalueiden ominaisuuksia ja niiden käyttöä visuaalisten efektien 35 luomiseksi.

5p 118165 12 >l

,CI

Lisäksi esitetään esimerkkejä substraattimateriaaleista, joille keksinnön 4 mukaisia hilarakenteita voidaan toteuttaa, sekä esimerkkejä muutamista vaihtoehtoisista hilaprofiilityypeistä.

5 Lopuksi esitetään vielä esimerkkejä keksinnön avulla toteutettujen visuaalisten efektien käytöstä erilaisissa tuotteissa.

Hilarakenne \ 10 Tyypillisesti lähtökohtana keksinnön mukaisen visuaalisen j diffraktiivisen efektin tuottamisessa on jaksollinen diffraktiohila G, joka jakaa hilaan G osuvan valon sinänsä tunnetun hilayhtälön (1) mukaisesti eri suuntiin heijastuviin osiin.

15 sin (a) = sin (β) - m * λ / d (1) ^

missä a on valon tulokulma, I

β on valon lähtö- eli diffraktiokulma, m on diffraktiokertaluku (kokonaisluku), 20 λ on valon aallonpituus, ja d on hilaperiodi | • · · . T • · # * · V\ Kuvissa 1-3 on esitetty substraatille S muodostetun jaksollisen !

*· Ί hilarakenteen G tärkeimpien hilaparametrien d,h,c määritelmät ns. I

25 binäärisen pintahilan tapauksessa, sekä kuvattu kolme erilaista • ·

säteenjakautumisvaihtoehtoa aallonpituutta λ olevan valon osuessa J

muovisella läpinäkyvällä substraatilla S olevaan pintahilaan G. -

Edellä mainitut hilaparametrit ovat : hilaperiodi d, hilan syvyys h ja • · .···. 30 hilaprofiilin leveys c. Hilaprofiilin leveys c voidaan ilmoittaa myös ns.

hilan täyttösuhteena eli hilaviivan leveytenä suhteessa hilaperiodiin d.

♦ ♦ ♦ • ·· • ♦

Kuvien 1 ja 2 tapauksissa valon tulokulma a suhteessa hilan pinnan :·... normaaliin z on -30° ja kuvan 3 tapauksessa tulokulma a vastaa ns.

: 35 Braggin tulokulmaa. Nämä kulmat, samoin kuin eri diffraktiokertalukuja ♦ * · -.;>i m vastaavien hilasta heijastuvien säteiden diffraktiokulmat β on ; 118165 1 13 määritetty suhteessa pinnan normaaliin z siten, että pinnan normaalin z oikealla puolella olevat kulmat saavat positiivisia astelukuja, ja vastaavasti vasemmalla puolella olevat diffraktiokulmat saavat negatiivisia astelukuja. * 5

Kuvan 1 tapauksessa hilaparametrien valinta on suoritettu siten, että suhde d / λ = 1.5, kuvassa 2 suhde d / λ = 2.1 ja kuvan 3 tapauksessa v d / λ = 1.2. On huomattava, että koska kuvat 1-3 on piirretty ainoastaan periaatteellisina ei hilaperiodin d muutosta ole niissä piirrosteknisesti |

10 esitetty. V

Sijoittamalla hilayhtälöön (1) em. arvoja saadaan oheisen taulukon 1 C

mukaiset eri diffraktiokertalukuja m vastaavat diffraktiokulmat β, jotka vastaavat siis kuvissa 1-3 esitettyjä tilanteita. Taulukossa 1 on esitetty 15 myös eri diffraktiokertalukuja m vastaavat diffraktiohyötysuhteet, jotka kuvaavat kyseiseen kertalukuun hilasta G diffraktoituvan energian määrää. Diffraktiohyötysuhteitten laskemista selostetaan tarkemmin jäljempänä tässä tekstissä. Kuvista 1-3 ja taulukosta 1 on selvästi nähtävissä, että hilaperiodia d keksinnön mukaisesti pienennettäessä 20 etenevien diffraktiokertalukujen määrä vähenee, ts. hilan tuottaman I

\ v efektin havaintosuuntien määrä vähenee.

• · · ♦ · · ···

Diffraktiohilan tapauksessa kertalukua m = 0 ei pidetä varsinaisena i • · </ diffraktoituneena kertalukuna, eikä sitä periaatteessa voida myöskään | .·. · 25 käyttää hologrammiefektien luomiseksi. Kertaluvun m = 0 heijastus

.···’ vastaa normaalia pinnan heijastusta, eli katseltaessa hilaa G

• · > kertalukua m = 0 vastaavasta suunnasta nähdään pelkästään . . suunnassa a sijaitsevan valonlähteen kuva.

• ♦ · · .

• ·· · • · • · · '-Ci 30 Kertaluku m = -1 on se kertaluku, johon keksinnön mukaisia visuaalisia hologrammiefektejä sopivimmin toteutetaan, koska tähän kertalukuun • · on tyypillisesti saavutettavissa paras diffraktiohyötysuhde. Toisin sanoen, kun valonlähteen tulokulma aja halutun efektin katselukulma • · \ ” β suhteessa hilan G pinnan normaalin z suhteen on kiinnitetty, niin 35 tehtävänä on valita hilayhtälön (1) mukaisesti sellainen suhde d / λ, jolla kertalukua m = -1 vastaava suunnitteluaallonpituuden 118165 14 % λ heijastus näkyy haluttuun, efektille tarkoitettuun havaitsemissuuntaan β· . l

Taulukosta 1 nähdään, että suhteella d / λ on varsin merkittävä 5 vaikutus etenevien kertalukujen määrään sekä niille ominaisiin diffraktiokulmiin β. Taulukosta 1 kuvaa 1 vastaavasta kohtaa on esimerkiksi nähtävissä, että pintahilan G substraatin S pinnalle muodostama kuvioalue, eli pintahilalla G substraatin S pinnalla ; "täytetty" alue, nähdään hologrammiefektinä ainoastaan kertalukuja m t

10 = -1 ja m= -2 vastaavissa havaitsemissuunnissa. Näiden kertalukujen I

välisessä vapaassa kulma-alueessa ei ole nähtävissä merkittävää ? diffraktiivista efektiä, toisin sanoen substraatin S pinta näyttää oleellisesti samanlaiselta kuin mitä mainitun kuvioalueen ulkopuolella ; ilman pintahilaa G oleva substraatin S pinta.

15 Käytettäessä substraattina S läpinäkyvää muovikalvoa, saavutetaan * mainituista havaitsemissuunnista m = -1 tai m = -2 poikkeavilla katselukulmilla hyvä läpinäkyvyys muovikalvon lävitse, mutta näiden havaitsemissuuntien mukaisilla katselukulmilla havaitaan kirkas 20 hologrammiefekti. ; • · * • * « • · \.v Taulukossa 1 varsinaisille diffraktoituneille kertaluvuille esitetyt \*·: hyötysuhteiden arvot ovat tyypillisiä esimerkkejä niistä hyötysuhteista, johon keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan muovisen ja :*·.· 25 läpinäkyvän substraatin tapauksessa päästä. Nämä hyötysuhteet ovat • · :·*\ riittäviä saamaan käytännössä aikaan selkeästi havaittavan efektin.

* · · . Keksinnön mukaisen visuaalisen efektin riittävän läpinäkyvyyden • · » aikaansaamiseksi on olennaista, että hilarakenne G toteutetaan siten, **:*’ 30 että efekti on havaittavissa vain suhteellisen kapeassa kulma-alueessa :.*-j havaitsemissuunnan ympäristössä, ja että käytettäessä useampia ·:·*: havaitsemissuuntia (diffraktiokertalukuja) on näiden välisen kulmaeron (vapaan kulma-alueen) oltava lisäksi riittävä. Esimerkkitapauksen \ mukaiset diffraktiokertalukujen väliset vapaat kulma-alueet ilmenevät ** 35 taulukosta 1. Nämä ovat riittäviä aikaansaamaan keksinnön mukaisen läpinäkyvän alueen havaitsemissuuntien väliin.

118165 15 __KUVA 1__KUVA 2 4 __d / λ = 1.5__d /λ = 2.1_

Kertaluku m Piffraktiokulma β Hyötysuhde Piffraktiokulma β Hyötysuhde +2____*__- +1__*____77.5° 0.32 % Λ 0 **__30,0°__0,56 %__30.0°__0.01 % -1__-9.6° 1.74%__-1.4° 1.75% ΐ -2__-56.4°__0.17% -26.9°__0,21 % -3 *_ -_ -68.2°_ 1.22 % ';* __KUVA 3_ __d / λ = 1.2_

Kertaluku m Piffraktiokulma β Hyötysuhde +1__*__- 0 ** +24.68°__0.48 % »1__-24.68°__1.66% -2 *_L_^_ * ei etenevää kertalukua • · · * 5 ** ei varsinainen diffraktoitunut kertaluku • · · ··* ♦ * *· Taulukko 1.

• · e * · * * * • · ♦ Φ Käytettäessä useampia havaitsemissuuntia (diffraktiokertalukuja), . ? 10 valitaan hilarakenteen G ominaisuudet keksinnön mukaisesti sopivimmin siten, että eri havaitsemissuuntien välille muodostuu minimissään 10-15° kulma-alue, jossa efekti on läpinäkyvä.

* · m « · • · * · · 1 .* . Kirkkaan, helposti havaittavan visuaalisen efektin aikaansaamiseksi • · · 15 varsin oleellista keksinnössä on hilalle G tulevan valon sisältämän *·· :···: energian jakautuminen eri diffraktiokertalukujen välille. Seuraavassa : selostetaan tarkemmin sitä, millä tavoin eri diffraktiokertalukujen ··· ·;··· diffraktiohyötysuhteisiin voidaan vaikuttaa.

•Λ :¾. ** 118165 'Ί 16 ϊ J\

Keksinnön mukaisesti valitaan siis hilayhtälöä (1) käyttäen aluksi hilaperiodin ja aallonpituuden suhde d / λ siten, että aikaansaadaan ainakin yksi haluttu havaitsemissuunta (diffraktiokertaluku m ja sitä vastaava diffraktiokulma β), ja että tähän mainittuun ainakin yhteen 5 havaitsemissuuntaan diffraktoituu haluttu väri eli suunnittelu- aallonpituus λ. Sopivimmin mainittu havaitsemissuunta valitaan vastaamaan diffraktiokertalukua m = -1. On selvää, että myös valon tulokulma a tulee kiinnittää ennen kuin hilaperiodin arvo tietyllä suunnitteluaallonpituudella λ ja diffraktiokertaluvun m arvolla voidaan ^ 10 määrittää.

Tämän jälkeen säädetään mainittuun yhteen tai useampaan havaitsemissuuntaan eli diffraktiokertalukuun heijastuvan valon diffraktiohyötysuhdetta. Kyseisen diffraktiokertaluvun, esimerkiksi 15 kertaluvun m = -1 hyötysuhteeseen voidaan vaikuttaa vapaiden hilaparametrien arvoja tarkoituksenmukaisesti valitsemalla.

Koska hilaperiodi d oli jo määritetty tarkasti hilayhtälöllä (1), on em.

tarkoitukseen käytettävissä kolme vapaata hilaparametria, jotka ovat .. 20 keksinnön tapauksessa hilaprofiilin korkeus h, hilan täyttösuhde c ja :·*·: substraatin S taitekerroin ns. ΐ * • · · * · » * · «

Substraatin S taitekertoimeen ns voidaan vaikuttaa substraatti-materiaalin valinnalla. Substraatin S päällä on myös mahdollista 25 käyttää erillisiä dielektrisiä tai metallipohjaisia ohutkalvoja, jotka * · Λι ;···. vaikuttavat valon heijastumiseen substraatista. Dielektrisillä ohutkalvoilla tarkoitetaan tässä yhteydessä yleisesti sellaisia valoa .·.; heijastavia kaivorakenteita, jotka on valmistettu ei-metallisista materiaaleista. Sopivimmin substraatin S pinnoitus suoritetaan vain : 30 kuvioalueen kohdalta, jolloin pinnoituksella ei vaikuteta muun alueen •’.‘•j* läpinäkyvyyteen.

·««»* • ·

Hilan täyttösuhteen c arvoksi kiinnitetään keksinnön mukaisesti \ ! sopivimmin c = d / 2, eli tällöin substraatin pinnalle muodostetun 35 "hilakuvioinnin" osuudeksi kussakin hilaperiodissa d tulee puolet. Hilan täyttösuhde c vaikuttaa hilapinnan ns. modulointiasteeseen.

118165 17 Täyttösuhteen ollessa hyvin pieni tai vastaavasti hyvin suuri on hilapinnan modulointiaste alhainen. Hilan täyttösuhteella c = d / 2 saavutetaan yleisimmin hilanpinnan modulointiasteen ja samalla diffraktiohyötysuhteen maksimi.

5 '

Mikäli substraattimateriaaliksi S on valittu esimerkiksi muovi, niin tällöin myös taitekerroin ns on käytännössä kiinnitetty. Tämän jälkeen on hilaparametreistä valittavissa vielä hilan korkeus h, joka keksinnön mukaisesti optimoidaan siten, että maksimaalinen diffraktiohyötysuhde 10 saavutetaan haluttuun havaitsemissuuntaan, eli sopivimmin *, kertalukuun m =-1.

.,:ii , >i

Hilan korkeuden h optimointi joudutaan käytännössä suorittamaan ns. tarkkoja diffraktioteorioita käyttäen. Näitä teorioita on selostettu 15 esimerkiksi kirjan "Micro-Optics, Elements, Systems, and Applications" (Taylor & Francis, Cornwall, 1997, editor Hans Peter Herzig) luvussa 2 > (written by Jari Turunen).

Hilan korkeuden h optimoinnista voidaan tässä yhteydessä 20 esimerkinomaisesti nyrkkisääntönä todeta, että hilaprofiilin korkeuden h tulee olla luokkaa käytetyn valon aallonpituuden λ neljäsosa. Eli \.v esimerkiksi vihreälle valolle λ =550 nm hilan korkeus h = λ/4 ~ 135 - 140 nm. Jos ajatellaan, että hilaprofiilin korkeutta h ei lainkaan optimoida, niin pahimmillaan tilanne voi olla sellainen, että kaikki hilalle :*·.· 25 G tuleva valo "karkaa" kertalukuun m = 0, eikä kertaluvussa m = -1 • · ./*·. havaita olennaisesti minkäänlaista signaalia. Toisin sanoen hilan korkeuden h optimointi on erittäin tärkeää, ja sen merkitys korostuu .... erityisesti heikosti valoa heijastavien materiaalien, kuten esimerkiksi läpinäkyvän muovien tapauksessa.

V 30 > ·*.**.: Taulukossa 1 on esitetty em. kirjallisuusviitteen mukaisia tarkkoja ·:··: diffraktioteorioita hyväksikäyttäen lasketut ja kuvia 1-3 vastaavat ./ diffraktiohyötysuhteitten arvot siten, että hilan korkeus h on optimoitu \ \* maksimoiden diffraktiohyötysuhdetta kertaluvussa m = -1. Kaikissa em.

** 35 tapauksissa hilan syvyydeksi on saatu h = 0.26 * λ.

118165 > 18 - ;-ij

Keksinnössä siis ensinnäkin vähennetään diffraktiokertalukujen eli *i havaitsemissuuntien määrää hilaperiodia d pienentämällä. Tällöin hilan G pinnasta heijastunut energia jakaantuu vain jäljelle jääneiden diffraktiokertalukujen kesken. Edelleen hilaparametrejä h,c,ns ';Ί0 5 optimoiden voidaan havaitsemissuuntien määrä rajoittaa vain yhteen, sopivimmin kertalukua m = -1 vastaavaan havaitsemissuuntaan.

Toiseksi keksinnön kannalta on oleellista, että havaitsemissuuntien välille jää riittävä vapaa kulma-alue, jossa diffraktiivista efektiä ei havaita, eli efekti on olennaisesti läpinäkyvä.

10 ?

On huomattava, että vaikka edellisissä esimerkeissä on pyritty maksimoimaan diffraktiokertaluvun m = -1 hyötysuhdetta, ei keksintö ^ ole mitenkään rajoittunut ainoastaan tämän kaltaisiin suoritusmuotoihin. Sovelluksesta riippuen hyötysuhdetta voidaan pyrkiä 15 maksimoimaan myös johonkin muuhun diffraktiokerta-lukuun/havaitsemissuuntaan tai pyrkiä toteuttamaan eri diffraktiokertalukujen/havaitsemissuuntien suhteelliset hyötysuhteet esimerkeistä poikkeavalla tavalla.

20 Keksinnön mukaisesti havaitsemissuunnaksi valitaan edullisesti joku • * \v pinnan normaalin z suunnasta riittävästi poikkeava suunta, koska : yleensä visuaalisen efektin halutaan olevan läpinäkyvä pintaa kohtisuoraan tarkasteltaessa. Eli esimerkiksi katsottaessa kohtisuoraan • · muovikalvon tai muovista valmistetun ikkunan lävitse, nähdään < • · 25 muovikalvon tai ikkunan taakse sijoitettu kohde visuaalisen efektin .·**! häiritsemättä. Tai luettaessa painettua dokumenttia nähdään kohtisuoraan pintaa kohti katsottaessa dokumentille painettu teksti tai . kuvat. Tarkasteltaessa em. pintoja sivusta käsin sopivassa kulmassa *;./ havaitaan keksinnön mukainen holograafinen efekti.

: 30

Kuvioalueiden ominaisuuksia • · * >

Kuvassa 4 on esitetty esimerkinomaisesti ja periaatteellisesti muutamia ** substraatille S muodostettuja kuvioalueita A-D. Kuvan 4 tapauksessa • « · '· 35 substraatin S materiaalina on käytetty olennaisesti läpinäkyvää f .τ* 19 118165 ; ' */-f ¥ muovikalvoa, joka mahdollistaa muovikalvon taakse sijoitetun kohteen ^ T tarkastelun sen lävitse.

Kuvioalueet A-D on kukin muodostettu substraatin S pinnalle 5 "täyttämällä" kutakin kuviota vastaava alue hilarakenteella G. Kuvassa # 4 pintahiloja on havainnollistettu kuvioalueiden viivoituksilla. Alan ammattimiehelle on luonnollisesti selvää, että kuvassa 4 esitettyjen viivoitusten tiheys ei millään tavoin vastaa todellisissa pintahiloissa käytettäviä hilaperiodeja.

10 * Kuvassa 4 kuvioalueiden A ja B on hilarakenteet on toteutettu siten, että niillä on keskenään olennaisesti sama havaitsemissuunta 01. Havaitsemissuuntaan 01 kuvioalue A on toteutettu heijastamaan diffraktiivisesti suunnitteluaallonpituutta λΑ. Havaitsemissuunnan 01 15 molemmin puolin muodostuvassa kulma-alueessa (katkoviivoin merkityt nuolet suunnitteluaallonpituutta λΑ kuvaavan nuolen molemmin puolin) kuvioaluetta A vastaava visuaalinen efekti (kirjainhahmo) on havaittavissa spektrin eri väreissä riippuen valolähteen L emittoimasta spektristä. Kuvioalue B on taas järjestetty heijastamaan 20 havaitsemissuuntaan OI suunnitteluaallonpituutta λΒ. Toisin sanoen, :.v havaitsemissuunnasta OI tarkasteltuna kuvioalueita A ja B vastaavat \.v visuaaliset efektit (kirjain - ja tähtihahmo) havaitaan eri värisinä.

• · • * * • · · • · , . . · :*\j Tarkasteltaessa substraatin S pintaa katselusuunnasta 02 ovat 25 kuvioalueita A ja B vastaavat visuaaliset efektit keksinnön mukaisesti * ·

.·*·. olennaisesti läpinäkyviä. Tällöin katselija voi nähdä substraatin S J

(muovikalvon) taakse sijoitetun kohteen T kuvioalueiden A ja B lävitse.

• »

Kuvioalueille C ja D on suunniteltu keskenään olennaisesti sama * · 30 havaitsemissuunta 03 siten, että molemmat kuvioalueet näkyvät ko.

suunnasta käsin tarkasteltuna saman värisinä, ts. molemmilla *:··: kuvioalueilla C,D on sama suunnitteluaallonpituus XCd- Tarkasteltuna ./ esimerkiksi katselusuunnasta 04 käsin, ovat kuvioalueet C ja D, *! samoin kuin myös A ja B olennaisesti läpinäkyviä.

* · *· ·: 35 118165 ; 20 - ; ' .

* ¥-Jl\

Kuvan 4 esimerkissä kuvioalueet A-D on suunniteltu siten, että niillä kullakin on olennaisesti vain yksi havaitsemissuunta, eli hologrammiefekti on havaittavissa vain yhtä diffraktiokertalukua vastaavissa suunnissa.

• .AI

5

Kuvioalueiden määrä, pinta-ala sekä muoto, samoin kuin niiden havaitsemissuunnat ja ominaisaallonpituudet ovat vapaasti valittavissa kunkin sovelluksen mukaisesti. Kuvassa 5 on esitetty esimerkinomaisesti tilanne, jossa substraatille S toteutetuilla 10 kuvioalueilla on keskenään erilaisia havaitsemissuuntia. Vierekkäisistä kuvioalueista muodostettu teksti "HEAT FOR TWO MINUTES" on tässä esimerkissä järjestetty havaittavaksi substraatin S vastakkaiselta puolelta suhteessa muihin kuvioalueisiin. f 15 Visuaaliselta efektiltään yhtenäisen suuren alueen muodostamiseksi on ~

mahdollista yhden suuren kuvioalueen sijaan käyttää myös useampia vierekkäin järjestettyjä keskenään samankaltaisia mutta kooltaan pienempiä kuvioalueita. Muodostamalla isompi alue ikään kuin I

matriisina useammasta pienemmästä kuvioalueesta helpotetaan mm.

20 valmistustekniikalle asetettavia vaatimuksia. -i • · • · · • · · • ·

Esimerkkejä substraattimateriaaleista ja hilaprofiileista ♦ · • · « * ·· • ♦ :*·.· Keksinnön mukaisia hilarakenteita G sekä niiden avulla aikaansaatavia * · . > 25 visuaalisia efektejä voidaan toteuttaa useille erilaisille substraatti- .*·♦.’ materiaaleille.

* • * · » '

Sopivimmin hilarakenteet G tuotetaan pintahilarakenteina esimerkiksi embossaus-tekniikkaa käyttäen suoraan muovimaiselle ja läpinäkyvälle *·;·* 30 materiaalille, kuten esimerkiksi muovikalvolle. Näin aikaansaadaan esimerkiksi pakkausmateriaaliksi, kuten kääreeksi tms. sopivaa ·:··: muovikalvoa, joka on sekä substraattimateriaalin että visuaalisten ./ efektien osalta läpinäkyvä tässä hakemuksessa tarkoitetulla tavalla. ’ • ·· « • · • · « ** "· 35 Substraattimateriaaliksi sopii esimerkiksi myös läpinäkyvä ns.

hologrammilakka tai vastaava, jolla voidaan päällystää joko i 118165 i 21 läpinäkyvää tai läpinäkymätöntä alustamateriaalia. Hologrammilakan käytön etuina on mm. se, että lakkakerrosta voidaan käyttää tasoittamaan alustamateriaalin epätasaisuuksia. Lakan käyttö voi myös vähentää embossauksessa tarvittavan kalliin painolaatan kulumista.

5

Keksinnön mukaisia hllarakenteita G voidaan tuottaa embossaamalla suoraan myös esimerkiksi paperille tai kartongille tai vastaaville ei-läpinäkyville materiaaleille, joita käytetään esimerkiksi erilaisissa painotuotteissa. Tällöin substraatille painettu tai muutoin esimerkiksi 10 värjäämällä aikaansaatu kuvio on selkeästi nähtävissä keksinnön f mukaisen visuaalisen efektin lävitse" niissä katselusuunnissa, jotka ^ poikkeavat efektille suunnitelluista havaitsemissuunnista.

Keksinnön mukaisia holograafisia efektejä voidaan toteuttaa useampaa 15 eri tyyppiä olevilla jaksollisilla tai ei-jaksollisilla hilaprofiileilla. Kuvissa 6- *! 8 on esitetty esimerkinomaisesti muutamia vaihtoehtoisia hilaprofiileja kuvissa 1-3 esitetyille binäärisille hilaprofiileille. Kuhunkin sovellukseen voidaan valita siihen parhaiten soveltuva hilaprofiili esimerkiksi hilan valmistustavasta riippuen. Valmistettaessa hilarakenteet pintahiloina 20 embossaamalla, on kuvassa 7 periaatteellisesti esitetty olennaisesti • · !.v sinimuotoinen hilaprofiili edullinen, koska hilaprofiilin muoto on tarkasti embossaamalla, ts. painamalla toisinnettavissa. Kuvassa 8 esitetty ns.

blazed-tyyppinen optiikasta sinänsä tunnettu hilaprofiili, joka antaa : :**.· lisää vapausasteita diffraktiokertalukujen diffraktiohyötysuhteisiin • · .·. : 25 vaikutettaessa.

• · · * · * · · • · • *

On myös mahdollista, että keksinnön mukaisessa hilarakenteessa yksi ^ , hilaperiodi d voi sisältää myös useamman kuin yhden hilaviivan, jotka *:./ hilaviivat voivat olla myös keskenään eri levyisiä.

: 30 • :\j Hilarakenteiden valmistustekniikan osalta keksintö ei ole rajoittunut *:··: ainoastaan embossaus-tekniikoiden käyttöön, vaan hllarakenteita ./ voidaan periaatteessa valmistaa myös muilla tarkoitukseen soveltuvilla “ tekniikoilla.

··· •jt £; *· *: 35 ' ' ? 118165 ·ί 22

Edelleen on mahdollista, että keksinnön mukainen hilarakenne suojataan sen päälle muodostettavalla läpinäkyvällä suojakerroksella '.'i likaantumista ja kulumista vastaan. Suojaustavaksi soveltuu esimerkiksi lakkaus tai vastaava menettely. Keksinnön mukainen 5 hilarakenne voidaan toteuttaa pintahilarakenteesta poiketen myös * osittain tai kokonaan haudattuna hilarakenteena, joka voi olla valmistettu esimerkiksi laminoimalla. Keksinnön mukainen hilarakenne on mahdollista muodostaa esimerkiksi muovikalvon päälle : aikaansaatavista metallisista hilaviivoista. Tällainen hilarakenne on 10 mahdollista edelleen tarvittaessa haudata yhden tai useamman i muovikalvon alle. Hilarakenteen hilaviivat voidaan muodostaa periaatteessa millä tahansa alan ammattimiehelle ilmeisellä tavalla. .£

Visuaalisten efektien käyttö tuotteissa 15

Keksintö soveltuu periaatteessa käytettäväksi kaikkiin sellaisiin tarkoituksiin, joissa myös tekniikan tason mukaisia hologrammeja käytetään. Näitä käyttötarkoituksia ovat esimerkiksi väärennösten estäminen erilaisissa virallisissa todistuksissa, maksuvälineissä, 20 äänitteiden ja ohjelmistotuotteiden pakkauksissa, muissa • · v.: painotuotteissa, tarroissa tai vastaavissa.

» · · • · · ··· :\j Sopivimmin keksintö kuitenkin soveltuu käytettäväksi erilaisten **·.: tuotteiden houkuttelevuuden parantamiseen voimakkaasti kilpailluilla * · .·. : 25 markkinoilla. Koska keksinnön mukaisia hilatakenteita voidaan • · · .·♦·.’ valmistaa massatuotantona esimerkiksi embossaamalla hyvin • · monenlaisiin ja edullisiin substraattimateriaaleihin, voidaan keksinnön e. . avulla valmistaa esimerkiksi pakkausmateriaalia, kuten kääreeksi *;./ soveltuvaa läpinäkyvää muovikalvoa joka sisältää kirkkaita ja helposti *...·* 30 havaittavia hologrammeja, mutta jotka eivät kuitenkaan estä näkemästä varsinaista tuotetta pakkausmateriaalin lävitse.

····· • · ..* Esimerkiksi kaupan hyllylle tai tiskiin asetetuista tuotepakkauksista " saadaan asiakasta houkuttelevia, kun pakkauksiin tuotettujen *· '· 35 hologrammiefektien väri vaihtuu katselusuunnan mukaan. Koska tietyistä katselusuunnista käsin tarkasteltuna keksinnön mukaiset 118165 > 23 efektit ovat olennaisesti läpinäkyviä, "välähtelevät" ne katselusuunnan muuttuessa näkyviin herättäen tehokkaasti asiakkaan mielenkiinnon. Suunnittelemalla havaitsemissuunnat ja niihin näkyvät suunnitteluaallonpituudet sopivasti, voidaan jäljitellä tuotemerkkeihin 5 normaalisti kuuluvia värejä.

Pakkauksiin voidaan toteuttaa myös erilaisia ohjeita, tuoteselosteita tai muita tuotetietomerkintöjä, jotka ovat nähtävissä vain tietyistä katselusuunnista. | 10 ;

Keksinnön mukaisesti efekti saadaan selkeäksi ja huomiota herättäväksi rajoittamalla niitä diffraktiokertalukuja (havaitsemis-suuntia), joissa efekti on nähtävissä. Valmistamalla samalla * substraatille useita eri kuvioalueita, joilla on keskenään jossain määrin t: 15 erilaiset havaitsemissuunnat, voidaan varmistaa tarvittaessa se että joku ko. kuvioalueista on aina havaittavissa. Kun tuotepakkauksia on yleensä aina useampia rinnakkain ja niiden keskinäinen asento a katsojaan nähden siten hieman vaihtelee, on keksinnön mukainen efekti aina jostain kohtaa nähtävissä.

20 t · :.v Keksinnön avulla voidaan saada helposti havaittava visuaalinen efekti, mutta silti läpinäkyvä pakkaus. Tämä on erityisen tärkeää esimerkiksi erilaisten ruoka-aineiden tapauksessa, koska kuluttaja haluaa • · varmistua myös visuaalisesti ostamansa ruoka-aineen, esimerkiksi .·. : 25 vihannesten, lihan tai kalan tuoreudesta tarkastelemalla tuotetta • ·· .···.* pakkauksen lävitse.

• · ···' . * . . Valittaessa pakkausmateriaaliin toteutettavien efektien havaitsemis- ♦ · ♦ .

*:./ suuntia, voidaan efektien/pintahilojen suunnittelussa ottaa huomioon 30 myös se, miten ko. pakkausmateriaaliin pakattu tuote asetetaan esimerkiksi kaupassa esille. Tätä tilannetta on havainnollistettu oheisissa kuvissa 9 ja 10. f m • · • · \ “ Esimerkiksi lihapakkaus voidaan kaupassa asettaa hyllyyn esille siten, :·**: 35 että pakkauksen "kantena" tai kannen “ikkunaksi" järjestetty hologrammiefektejä sisältävä läpinäkyvä muovikalvo on pakkauksen

’ K

• 118165 :-- 24 jjf- ollessa hyllyllä olennaisesti vaakatasossa ja valaistus osuu muovikalvoon olennaisesti sen pinnan normaalin z suunnasta eli 4 ylhäältä käsin.

5 Hologrammiefektin tuottavat pintahilat voidaan nyt optimoida siten, että ne tuottavat esimerkiksi havaitsemissuunnan 45° suhteessa muovikalvon pinnan normaaliin z nähden, jolloin efektit näkyvät käytävällä hyllyn ohi kulkevalle asiakkaalle (kuvassa 9 yhtenäisin viivoin piirretty hahmo ja kuvassa 10 katselusuunta 05). Mikäli asiakas 10 lähestyy hyllyä ja "työntää" päänsä lähemmäs hyllyjen väliin katsoen 'Ά tuotetta olennaisesti pakkauksen kannen (muovikalvon) normaalin suuntaisesti (kuvassa 9 katkoviivoin piirretty hahmo ja kuvassa 10 katselusuunta 06), niin tässä suunnassa hän ei havaitse holografista efektiä vaan näkee pakkauksessa olevan tuotteen läpinäkyvän kannen ; 15 lävitse.

Mikäli asiakas ottaa pakkauksen käteensä ja tarkastelee sitä * pakkauksen kannen normaalin suuntaisesti, tässäkään tilanteessa hologrammiefektit eivät ole häiritsevästi näkyvissä. Hologrammiefektinä i; 20 voi tässä esimerkkitapauksessa olla esimerkiksi lihatuotteen t · •*.v valmistajan nimi sekä logo, jotka voivat olla toteutettu suunnitteluaallonpituuksiltaan oikean värisinä ja näkymään molemmat samaan havaitsemissuuntaan.

• * ·.·.·;* • * ' - - % • · · • · · • · ... 25 Pakkauksissa käytettävät havaitsemissuunnat voidaan tarvittaessa .···.* suunnitella huomioiden esimerkiksi se, millä hyllyllä ja missä • · asennossa ko. pakkauksia pidetään esillä. Kuvassa 9 ylemmällä ^ . hyllyllä ja alatasolla olevissa pakkauksissa voidaan käyttää erilaisia *:./ havaitsemissuunta huomioiden se, että kuluttaja katsoo pakkauksia *·;· 30 käytävältä erilaisissa kulmissa.

• · * · · • ·· • · ·:··: Hologrammiefektejä sisältävää pakkausmateriaalia ei välttämättä tarvitse käyttää tuotepakkauksen tms. tasomaisena "ikkunana", vaan • « y \ " keksinnön mukaisilla visuaalisilla efekteillä varustettua pakkaus- Σ· *: 35 materiaalia voidaan käyttää myös käärepaperin tapaan. Tämä myös 25 118165 varmistaa sen, että katselusuunnan muodostuessa eri osissa pakkausmateriaalia erilaisiksi, joku kuvioalue on aina näkyvissä.

Keksinnön mukaisten visuaalisten efektien tehokkuutta voidaan 5 käytännössä parantaa suunnittelemalla ne erityisesti tietynlaisia valaistusolosuhteita varten. Hilarakenteiden suunnittelussa voidaan ottaa huomioon sekä valaistuksen suunta että valolähteen L emittoima aallonpituusjakauma. Keksinnön mukaisia hilarakenteita voidaan valmistaa myös sellaisina, että ne ovat havaittavissa ihmissilmän avulla ? 10 vain tietynlaisessa erikoisvalaistuksessa, jolloin niitä voidaan käyttää näkymättöminä turvamerkintöinä. '·

Keksinnön mukaiset hologrammiefektit ovat erittäin tehokas tapa - nostaa tuotteen imagoarvoa, koska hologrammi perinteisesti 15 yhdistetään aina laatutuotteeseen. Nyt esitetty keksintö antaa ensimmäistä kertaa todellisen mahdollisuuden liittää hologrammiefektejä myös erilaisiin massatuotteena myytäviin tuotteisiin ilman, että tämä nostaa merkittävästi ko. tuotteiden % tuotantokuluja.

20 • · :-v On luonnollisesti selvää, että keksintö ei ole rajoittunut vain edellisessä :.0 esimerkeissä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan keksintöä tulee tulkita ainoastaan oheisten patenttivaatimusten asettamien rajoitusten ΐ mukaisesti. :¾ :\l 25 j * · • · • · ♦ • 1 • · · • · · • · ··· • ♦ • 1 ··· • · • · · • ·· • · ····1 »· * · • · · • « • · · ♦

Claims (25)

26 . V 118165 Il ' Λ

1. Substraatille (S) muodostettu mikro-optinen hilarakenne (G), joka on muodostettu pintarakenteena, suojakerroksella suojattuna rakenteena 5 tai kokonaan tai osittain haudattuna rakenteena, joka mainittu hilarakenne (G) on järjestetty tuottamaan katsojalle holografinen tai vastaava valon diffraktioon perustuva visuaalinen efekti keskittämällä hilarakenteesta (G) diffraktoituva jonkin näkyvän valon aallonpituuden (λ) omaava valo yhteen tai useampaan visuaalisen efektin 10 havaitsemissuuntaan (ιη,β), jolloin on ainakin yksi vapaa kulma-alue, jota vastaavista katselusuunnista tarkasteltuna hilarakenne (G) ei tuota katsojalle selkeästi havaittavaa diffraktioon perustuvaa efektiä, tunnettu siitä, että mainittu mikrorakenne (G) on embossattu, jolloin mainitun hilarakenteen (G) hilaperiodin (d) suhde mainittuun 15 aallonpituuteen (λ) on pienempi kuin viisi, ja mainittu hilarakenne käsittää ainoastaan epämetallista materiaalia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hilarakenne (G), tunnettu siitä, että mainittu hilarakenne (G) on järjestetty keskittämään siitä diffraktoituva 20 valo olennaisesti ainoastaan yhteen diffraktiokertalukuun (m), eli J olennaisesti ainoastaan yhteen havaitsemissuuntaan (ιη,β), joka sopivimmin vastaa diffraktiokertalukua m = -1. • · · • « · • · • ♦ · *: 1|

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen hilarakenne (G), tunnettu • · · *· Ί 25 siitä, että ainakin yksi mainittu vapaa kulma-alue on vähintään 10°. • · · • ·· • · ···

4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 1-3 mukainen hilarakenne (G), tunnettu siitä, että mainittu hilarakenne (G) on muodostettu olennaisesti läpinäkyvälle substraatille (S). 30 • · ·

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen hilarakenne (G), tunnettu siitä, että mainittu substraatti (S) on muovia tai lakkaa, sopivimmin muovikalvoa • ♦ *·;1’ . tai lakkakerros. ··· -♦ · • · • · ♦ . · · ♦ · · • · • · 27 118165

6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 1-5 mukainen hilarakenne (G), tunnettu siitä, että mainittu hilarakenne (G) on muodostettu paperille, kartongille tai vastaavalle substraatille (S).

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen hilarakenne (G), tunnettu siitä, että mainittu substraatti (S) käsittää yhden tai useamman dielektrisen ohutkalvopinnoitteen koko substraatin pinta-alalla tai ainoastaan hilarakennetta (G) vastaavilla kohdilla.

8. Menetelmä mikro-optisen hilarakenteen (G) toteuttamiseksi substraatille (S), joka hilarakenne (G) muodostetaan pintarakenteena, 5 suojakerroksella suojattuna rakenteena tai kokonaan tai osittain haudattuna rakenteena, joka mainittu hilarakenne (G) on sovitettu tuottamaan katsojalle holografinen tai vastaava valon diffraktioon 15 perustuva visuaalinen efekti keskittämällä mainitusta hilarakenteesta ...‘f (G) diffraktoituva jonkin näkyvän valon aallonpituuden (λ) omaava valo yhteen tai useampaan mainitun visuaalisen efektin havaitsemissuuntaan (ητι,β), jolloin on ainakin yksi vapaa kulma-alue, jota vastaavista katselusuunnista tarkasteltuna hilarakenne (G) ei tuota 20 katsojalle selkeästi havaittavaa diffraktioon perustuvaa efektiä, tunnettu siitä, että mainittu menetelmä käsittää ainakin mainitun • · · substraatin (S) pintakerroksen embossaamisen siten, että mainitun V ! hilaperiodin (d) suhde mainittuun aallonpituuteen (λ) on pienempi kuin *; viisi, jolloin mainittu hilarakenne käsittää ainoastaan epämetallista *· " 25 materiaalia. j • ♦ ♦ * ♦ ♦ • · ···

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ; kiinnitetään hilarakenteeseen (G) mainitulla aallonpituudella (λ) osuvan f valon tulokulman (a) arvo ja valitaan hilaperiodin (d) ja 30 suunnitteluaallonpituuden (λ) suhde siten, että ainakin yksi e.\ havaitsemissuunta (ηη,β) valitaan sopivimmin vastaamaan ‘;,Y diffraktiokertalukua m = -1, jolloin mainittuun ainakin yhteen '·;· havaitsemissuuntaan diffraktoituu mainittu aallonpituus (λ). • · · • · • · ··· • · m • · · • · • · 118165 ’':, ' - :··»* 28 Λ

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, » että hilarakenteen (G) parametreja (d, h, c, ns) valitaan siten että ainakin yksi mainittu vapaa kulma-alue on vähintään 10°.

11. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 8-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun hilarakenteen (G) parametreja (d, h, c, ns) valitsemalla vaikutetaan mainitun yhden tai useamman havaitsemissuunnan (ιτι,β) diffraktiohyötysuhteeseen.

12. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 8-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun hilarakenteen (G) hilaprofiilin leveyden (c) ja mainitun hilaperiodin (d) suhteeksi valitaan olennaisesti 0,5.

13. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 8-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun hilaprofiilin korkeuden (h) arvoksi valitaan olennaisesti neljäsosa mainitun aallonpituuden (λ) arvosta.

14. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 8-13 mukainen ,v. menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun hilarakenteen (G) * · · substraatiksi (S) valitaan olennaisesti läpinäkyvä materiaali, sopivimmin muovi, lakka tai vastaava. • * * t · · • # • · **· Ί 25

15. Visuaalisen, holografisen tai vastaavan valon diffraktioon perustuvan katsojalle tarkoitetun yhden tai useamman efektin käsittävä tuote, tunnettu siitä, että mainittu tuote käsittää yhden tai useamman kuvioalueen (A,B,C,D), jolloin ainakin yksi mainittu ti;j· kuvioalue on muodostettu jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 1- :***: 30 7 mukaisesta tai patenttivaatimuksen 8-14 mukaisella menetelmällä ··· aikaansaadusta hilarakenteesta (G). • ♦ · 9 • · · • · .

··· :···: 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen tuote, tunnettu siitä, että mainittu tuote on muovia, sopivimmin muovikalvoa. • · • * 35 29 118165

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen tuote, tunnettu siitä, että mainittu tuote on paperia, kartonkia tai vastaavaa materiaalia.

18. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-17 mukainen tuote, 5 tunnettu siitä, että mainittu tuote on pakkausmateriaalia.

19. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-18 mukainen tuote, tunnettu siitä, että mainittu tuote on painotuote.

20. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-19 mukainen tuote, tunnettu siitä, että mainittu tuote on valmistettu olennaisesti läpinäkyvästä materiaalista.

21. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-20 mukainen tuote, Λ 15 tunnettu siitä, että mainitun tuotteen perusmateriaali toimii samalla mainitun hilarakenteen (G) substraattina (S).

22. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-21 mukainen tuote, tunnettu siitä, että tuotteen sisältäessä useamman kuvioalueen 20 (A,B,C,D), ainakin kahdella mainituista kuvioalueista on keskenään erilaiset havaitsemissuunnat (m,β) ja/tai suunnitteluaallonpituudet (λ).

* · · * • · « *“*! 23. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-22 mukainen tuote, • · · tunnettu siitä, että mainittu yksi tai useampi kuvioalue (A,B,C,D) :· *| 25 muodostavat efektinä tuotemerkin, logon, tuotetietomerkinnän tai vastaavan. ^ ··· • ♦ • · ·#·

24. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-23 mukainen tuote, tunnettu siitä, että mainittu yksi tai useampi kuvioalue (A,B,C,D) 30 muodostavat efektinä kirjaimia tai tekstiä.

·«· • · · » *:.*:* 25. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-24 mukainen tuote, • · '·»» tunnettu siitä, että mainittu tuote käsittää useampia vierekkäisiä keskenään samankaltaisia kuvioalueita (A,B,C,D), jotka on järjestetty ·*·*: 35 muodostamaan yhdessä visuaaliselta efektiltään olennaisesti yhtenäinen suurempi alue. 118165 30 ,